摄影测量技术在当代绘画中的应用

摄影测量法是一种基于从不同角度拍摄的一系列照片来创建物体三维模型的方法。这项技术最初于19世纪发展用于地图绘制和建筑测量，但在近二十年来，它在视觉艺术领域找到了意想不到的应用。 当代艺术家、修复师和博物馆馆长利用摄影测量法来记录作品、创造新的艺术表达形式，并拓展传统绘画的可能性。

摄影测量技术基础

摄影测量过程基于运动结构重建（SfM）技术，该技术分析物体的多张重叠图像。计算机视觉算法识别不同照片中的共同点并计算它们的空间位置。软件首先创建稀疏点云，然后创建密集点云，最后将其转换为三维多边形网格。最后阶段是将纹理信息（来自原始照片的颜色信息）映射到生成的几何体上。

现代摄影测量解决方案，例如 RealityCapture、Agisoft Metashape 和 3DF Zephyr，可以处理数千张图像并创建包含数十亿个多边形的模型。RealityCapture 的运行方式是线性的 — — 输入数据量翻倍，处理时间也翻倍，这使得处理过程具有可预测性。这些程序通过识别表面上的密集图案（例如文字、木纹、面部特征和各种纹样）来提取纹理信息。

结果质量取决于多种因素。纹理均匀或表面反光的物体对算法来说是一个挑战。合适的照明设置至关重要 — — 均匀的光照，避免生硬的阴影，才能确保表面重建的准确性。

博物馆机构对绘画作品的记录

世界各地的主要博物馆都在利用摄影测量技术创建馆藏的数字化档案。克利夫兰博物馆开发了一种三维扫描方法，将摄影精度与公制比例数据相结合。这项技术能够创建具有复杂反射表面和精细细节的模型，而这些通常是摄影测量难以处理的难题。

以千兆像素（约10亿像素及以上）分辨率记录绘画作品正逐渐成为顶级机构的标准做法。瓦伦西亚美术博物馆运用SfM摄影测量技术，对祭坛画进行了详细的记录。该流程始于摄影棚，摄影师拍摄一系列重叠图像，多次捕捉作品的每个部分。这些图像被导入3D建模软件，经过多个处理步骤后，最终生成模型。

2019年，普拉多博物馆在完成一项大型修复后立即对弗拉·安杰利科的《天使报喜》进行了扫描。Factum基金会使用Lucida扫描仪和全景摄影技术记录了画作的三维几何结构和色彩，而博物馆则进行了红外反射成像和X光成像。这些结果有助于文物修复师和策展人更好地了解画作的现状以及之前的修复历史。

千兆像素可视化技术使虚拟博物馆展览能够呈现细致入微的互动式观赏体验。观众可以沉浸于艺术作品之中，清晰地看到笔触、颜料层中的微裂纹以及画布的纹理 — — 这些细节即使在近距离观看时也难以察觉。

在修复和保护中的应用

摄影测量技术正在改变修复工作的记录方式。1975年，意大利科学家切萨雷·布兰迪提出了一项修复理论，该理论指出所有干预措施都应完全可逆。详细记录保护过程的各个阶段，并能够随后检索信息，正变得至关重要。

塞浦路斯拜占庭艺术博物馆收藏的一幅拜占庭圣像的研究表明，变化检测算法与摄影测量技术相结合可用于修复监测。多时期摄影记录能够自动、精确地识别作品不同阶段的绘画表面变化。该方法既能捕捉宏观变化，也能捕捉细微之处，例如肩部轮廓的修饰和人物服饰缝隙的填补。

英国哈德汉姆圣博托夫教堂的罗马式壁画是采用SfM摄影测量技术进行实验性监测的对象。该方法旨在提供一种便捷、便携、无损且可重复的壁画保护状态监测系统。研究人员使用市售摄影设备和免费软件生成并比较了三维点云。该技术能够识别小至0.5毫米的变化。

本文采用多光谱摄影测量技术研究了保罗·德·圣莱奥卡迪奥和弗朗切斯科·帕加诺创作的瓦伦西亚大教堂壁画。研究流程结合了从紫外、可见光到近红外波段的非侵入式成像技术。通过将不同光谱范围的图像合成为混合伪彩色图像，并运用归一化植被指数（NDVI）、归一化植被指数（NDPI）和主成分分析（PCA）等方法进行分析，我们得以揭示壁画的创作技法和保存状况。

摄影测量作为一种创造性工具

当代艺术家正将摄影测量技术直接融入到他们的创作过程中。法国艺术家迪米特里·达尼洛夫（Dimitri Daniloff）运用这项技术创作出颠覆寻常、构建全新社会环境的作品。他对摄影测量技术的探索拓展了他的艺术可能性 — — 通过多角度拍摄构建三维模型的过程，他得以创造出一个社会画布，在这个画布上，人体被有意地改变。新的空间在现实的边缘涌现，观者也成为了其中的主角。

往返于德国和台湾的台湾艺术家傅雅雯运用3D扫描技术来复制和缩放她的作品。她使用Artec Spider扫描仪进行扫描，并在Artec Studio中进行后期处理，从而创建可缩放和可编辑的数字模型。这位3D艺术家处理扫描数据，最终生成适合任意尺寸3D打印的物体。

电影背景绘制师将摄影测量技术融入到制作流程中。该方法首先利用一系列图像创建模型，然后将其导入 Mari 或 Substance Painter 等软件进行纹理绘制。将照片图像投影到 3D 模型上，可以实现传统手绘方法无法达到的逼真效果。

超写实主义和摄影参考

超写实主义运动是照相写实主义的发展，其基础是让·鲍德里亚“模拟从未存在过的事物”的哲学思想。超写实主义绘画和雕塑基于模拟现实 — — 数码摄影 — — 创造出令人信服的幻象。照相写实主义模仿模拟摄影，而超写实主义则使用数码相机拍摄并在电脑上显示的高分辨率数字图像。

超写实主义艺术家以高分辨率照片为主要素材，分析光线、阴影、反射和纹理的每一个细微差别。这需要他们深入了解光线与形态的相互作用 — — 理解光源如何形成特定的阴影形状，以及光线如何包裹曲面。他们的目标不仅是捕捉拟像，更是捕捉视觉现实的本质。

专业艺术家在各个领域都经常使用摄影参考资料。美术艺术家会聘请真人模特、创作静物画、研究生物学资料或组织摄影拍摄。美国著名插画家约瑟夫·克里斯蒂安·莱恩德克和诺曼·洛克威尔都以运用参考资料而闻名 — — 莱恩德克经常与他的搭档查尔斯·比奇合作，而洛克威尔则会在摄影师的协助下组织整个摄影拍摄。

一些概念艺术家直接临摹照片的局部，创作照片合成作品，或以3D模型为创作起点。3D建模和参考图像对于创作具有复杂光影效果的具象作品至关重要。

纹理和表面映射

摄影测量纹理技术结合了计算机摄影测量和激光扫描的优势。激光扫描始终能生成比摄影测量更精确的几何数据，但摄影测量通常能生成更精确的纹理。该方法将摄影测量纹理应用于激光扫描的几何体，从而创建高精度的数字模型。

当从摄影测量模型中移除纹理贴图时，光滑物体的表面往往会显得凹凸不平，而复杂的表面则会被过度简化。一种组合方法可以解决这个问题：将摄影测量纹理精确映射到激光扫描三维模型的几何数据上，从而生成一个结合了激光扫描几何形状和逼真纹理的数字模型。

KIRI Engine 3D扫描应用程序可同时采集几何和纹理数据，并利用摄影测量技术重建高度精细的数字模型。该技术分析来自不同角度的多张高分辨率图像，生成应用于3D模型的精确纹理。最终生成具有逼真表面细节的完整UV贴图模型。

创建用于数字艺术的扫描纹理的过程包含多个步骤。由于 Reality Capture 能够创建高度精确的真实世界表面三维模型，因此通常推荐使用 Reality Capture 进行表面扫描。表面扫描完成后，可以轻松提取所有必要的真实世界信息，例如置换贴图、法线、颜色和环境光遮蔽。

数字工具和软件

RealityCapture 是一款摄影测量软件，可从无序照片或激光扫描数据创建无缝的 3D 模型。常见应用包括文化遗产（艺术、考古、建筑）、全身扫描、游戏、测绘、地图绘制、视觉特效和虚拟现实。其功能包括图像配准、自动校准、网格生成、着色、纹理贴图、地理配准以及导出为多种格式。

该程序能够将相机图像和激光扫描数据相结合，且对硬件要求不高。其线性运算方式意味着输入数据量翻倍，处理时间也会翻倍。博物馆和文物修复工作室利用 RealityCapture 创建艺术品的数字模型，用于文献记录、虚拟展览和教育活动。

Agisoft Metashape 和 3DF Zephyr 也是常用的表面扫描替代方案。对各种摄影测量软件的对比研究表明，平均残余配准误差或摄影测量评估误差在 4 到 16 毫米之间，具体误差范围取决于所选软件、物体的大小和复杂程度以及环境条件。将激光扫描和图像数据相结合，可以获得完整性和质量最佳的三维模型。

像Polycam这样的半专业移动应用程序正在普及摄影测量技术。艺术家罗伯托·奎瓦·德尔·里奥（Roberto Cueva del Río）创作的壁画交互式3D模型，展现了精准且无损的数字化工作流程的价值，这种工作流程有助于实现文物保护和教育目标。

方法论上的挑战

鉴于绘画作品通常尺寸巨大、颜料层表面凹凸不平、表面特征繁多以及接近条件有限等因素，绘画作品的记录面临着独特的技术挑战。利用摄影测量技术记录壁画的地形和精细表面细节，需要对拍摄设置进行细致的考量。

拜占庭圣像需要精确的照明设置和一致均匀的光照，以避免辐射伪影干扰摄影测量重建和修复阶段的识别。每组图像的正确对齐必须尽可能精确，以避免误差。

教堂和宫殿的大型天顶画由于房间的几何形状、光照条件和有限的通道等因素，带来了额外的挑战。Plafond3D 项目开发了 CHAPI（文化遗产自动化摄影测量成像） — — 一种低成本、半自动化的解决方案，用于高精度地捕捉大型拱形天顶画的细节。该方法能够在有限的时间内，利用一致的摄影测量网络高效地完成采集。

由于缺乏自然光、空间狭小以及易碎的彩绘表面，地下墓室结构在方法论上面临诸多挑战。为了记录塔奎尼亚的奥尔科墓，我们采用了一种综合工作流程，结合了地面激光扫描、摄影测量和光绘技术。光绘技术借鉴于摄影实践，在摄影测量过程中作为一种动态照明策略，用于克服光照不均和阴影过重的问题。

保持色彩准确性

艺术作品的色彩是重要的信息来源，必须妥善处理和保存，因为数字工具可能会引入色彩值的偏差，甚至丢失色彩信息。针对文化遗产保护中摄影测量色彩精度保持的研究，已经开发出一种能够成功维护模型色彩完整性的方法。

为了准确捕捉色彩，艺术家和修复师会使用校准色图，以RAW格式拍摄，并在将照片导入摄影测量软件之前，先在Adobe Camera RAW或其他校准程序中进行预处理。从紫外到近红外波段的多光谱成像技术拓展了绘画分析的能力。

在紫外光照射下，三维模型能够展现雕塑或绘画作品中紫外线诱导的荧光，从而揭示表面磨损、有机染料和旧的保护涂层。红外三维模型则可以更清晰地展现草图的细节。

教育潜力

利用摄影测量技术创建的艺术品数字模型为艺术教育和公众接触文化遗产开辟了新的可能性。交互式三维模型展现了精准工作流程的价值，该流程能够同时支持文物保护和教育目标。技术促进了遗产教育的创新，并通过数字化媒介提升了审美体验。

利用千兆像素可视化技术的虚拟博物馆展览提供细致入微的互动式观赏体验，让艺术触手可及。观众可以沉浸于艺术作品之中，这是在实体博物馆参观中无法实现的 — — 放大特定区域，探索艺术家的技法，并发现肉眼难以察觉的细节。

基于摄影测量模型的增强现实技术为记录、保护和监测开辟了新的策略。利用低成本传感器进行基于图像的方法实验，以三维模型为基础构建增强现实应用，拓展了与艺术品互动的可能性。

跨学科互动

将摄影测量技术应用于绘画领域，需要艺术家、修复师、策展人、程序员和计算机视觉研究人员之间的跨学科对话。大英博物馆埃及学部正与艺术家们开展合作，以批判性地重新思考藏品、表现形式和知识生产的力量与能动性。

墨西哥壁画的摄影测量模型展现了数字人文领域中技术与文化遗产的交融。创建包含背景信息的交互式三维模型，为未来跨学科研究开辟了新的可能性。

考古学家、建筑师、空间规划师和数字艺术家在许多领域都使用摄影测量工具。然而，技术的普及化导致人们在缺乏对测量结果质量的批判性理解的情况下就使用这项技术。必须弥合摄影测量技术传播与通过适当的教育过程进行实际应用之间日益扩大的差距。

伦理和法律方面

艺术作品的数字化引发了版权、真伪以及技术适应性等问题。数字时代的艺术家在创作和传播作品的高分辨率数字副本时，面临着保护知识产权的挑战。

美国艺术家艾琳·汉森是开放式印象主义的先驱，她运用先进的3D扫描和打印技术，不仅捕捉油画的色彩，更还原其纹理、笔触和景深。她创作的版画在外观和触感上都与原作无异，重新定义了复制的可能性。

当数字技术能够制作出与原件难以区分的复制品时，真实性问题就显得尤为紧迫。生成模型的发展催生了几乎与真实照片无法区分的图像。逼真的图像通常以高度超现实主义和专业美学的视角描绘人物，尤其是名人政要。

未来方向

摄影测量技术作为艺术家和艺术研究者的工具，正不断发展演进。人工智能和机器学习的融入，有望进一步简化和自动化摄影测量工作流程。计算机技术的进步为艺术创作开辟了新的可能性，研究人员、艺术家和艺术爱好者们正在探索利用数字工具进行创作的新途径。

将传统雕塑与摄影测量或三维扫描相结合的混合工作流程正逐渐成为标准做法。像萨比娜·霍华德和胡安·曼努埃尔·米尼亚罗这样的艺术家就成功地将传统的雕塑建模过程与摄影测量技术相结合，创作出他们的作品。

3D扫描技术使创作者能够摆脱传统材料的束缚，自由地探索造型、纹理和重复元素。陶艺家可以扫描一件原作，制作轻质树脂复制品用于户外展示。行为艺术家可以扫描自己的身体，制作可穿戴的3D打印假肢，模糊身份与设计之间的界限。

摄影测量技术正在改变创意工作流程，为3D打印、虚拟展览和互动装置打开了大门。艺术家们不再局限于画笔、凿子或鼠标 — — 数字化、操控和重塑作品的工具正在开辟新的可能性。